Desenvolvimento de sorventes à base de espumas de poliuretanos flexíveis para o setor do petróleo

Abstract

Resumo: Esse trabalho teve como objetivo avaliar o uso de espumas de poliuretanos flexíveis (PU) oriundas de reciclagem primária como material sorvente para óleo-cru (petróleo) e derivados em ambientes aquosos e secos. Foi realizada uma triagem com seis espumas à base de poliol poliéter a fim de classificá-las frente à sorção de óleo-cru. As amostras foram caracterizadas através da determinação das propriedades físicas e químicas, tais como, densidade aparente, área e número de poros, morfologia por MEV, FTIR, Difração de Raios X, bem como pelo desempenho frente à sorção e retenção de óleo-cru. As espumas com densidades de 13 kg.cm-3 e 17 kg.cm-3 apresentaram maior capacidade de sorção de óleo (sistema à seco), sendo de 59,9 g/g e 46,7 g/g, respectivamente. Foram também determinadas as capacidades de sorção nos sistemas óleo/água do mar artificial, óleo/água destilada e Diesel Marítimo/água do mar com diferentes concentrações e temperaturas. Numa segunda etapa estas espumas foram modificadas quimicamente através da graftização com poliestireno, tendo como iniciador o nitrato cérico amoniacal em meio ácido. A otimização das condições de síntese foram determinadas através de um planejamento fatorial completo 23, tendo como variáveis, a concentração do monômero estireno, do iniciador e o tempo de reação e como resposta a capacidade de sorção no equilíbrio. Através da Análise Multivariada (ANOVA) foi possível determinar a melhor condição de síntese, que resultou em uma capacidade de sorção no sistema óleo/água do mar de 58 g/g. Foi obtido um modelo do comportamento da sorçao em relação aos parâmetros do planejamento fatorial com um bom ajuste dos dados (R2= 0.889). Após graftização as amostras foram novamente caracterizadas através de MEV, Difração de raios X, FTIR, XPS, grau de hidrofobicidade, resistência à solventes e propriedades dinâmicos-mecânicas (avaliação da temperatura de transição vítrea, Tg) e capacidade de sorção de óleocru/água do mar artificial e destilada. A graftização mostrou-se eficiente em promover o aumento da sorção de óleo em todas as amostras modificadas, quando comparadas à amostra não tratada (27,5 g/g), alterando o perfil cinético do processo, diminuindo o tempo para atingir a saturação, bem como favorecendo a interação óleo/sorvente devido à alteração da hidrofobicidade da superfície As amostras foram também avaliadas quanto à eficiência de recuperação e reuso em condições óleo/água do mar e óleo/água destilada. O comportamento de sorção das espumas indicou altas taxas de sorção, cinética rápida e eficiência próxima de 95% para baixas concentrações de óleo disperso em água. Devido ao bom comportamento de sorção apresentado pelo material, vislumbra-se sua futura utilização comercial em operações de limpeza em derramamentos de óleo.

Abstract: The aim of this work was to evaluate the use of flexible polyurethane foams (PU) derived from primary recycling as sorbent material for crude oil (petroleum) and derivatives in aqueous and dry environments. Six polyol-based foam samples were tested as oil sorbents and the two foams which presented the best performance were selected for further studies. Samples were characterized through their physical and chemical properties such as apparent density, area and number of pores, morphology (SEM), FTIR, X-ray diffraction as well as oil sorption and retention. The foams with densities of 13 and 17 kg.cm-3 presented the highest oil sorption, respectively, 59,5 g/g and 46,7 g/g. It was also determined the sorption capacity in oil/artificial sea water, oil/distilled water and Diesel/artificial sea water were also determinated using different concentrations of oil and temperatures. In a second stage of this work, these foams were chemically modified through polystyrene grafting using as initiator ammonical ceric citrate in acid medium. The optimization of the synthesis conditions were carried out through a complete 23 factorial design having as variables the initiator concentration and of styrene monomer and duration of reaction. The factorial response used the sorption capacity in equilibrium. Through multivariate analysis (ANOVA), the best synthesis conditions were determinated, reading a sorption capacity of oil/ marine water of 58.8 g/g. A model of the sorption behavior related to the factorial parameter was obtained with a good fitting of data (R2= 0.889). The grafted foam samples were further characterized by SEM, X-ray diffraction, FTIR, XPS, hidrophobicity degree, solvent solubility, dynamic-mechanical properties (to evaluate the transition temperature, Tg) and sorption capacity in oil/distilled or marine water. Grafting proved to be efficient in enhancing the oil sorption capacity of all foams when compared to the untreated foam (27.5 g/g). The kinetic profile of the process changed decreasing the time to reach the saturation stage as well as favoring the oil/sorbent interaction because of surface hydrophobicity alteration. Samples were also evaluated concerning their efficiency regarding and reuse in aqueous medium. The foams showed high oil sorption, fast kinetics and efficiency next to 95% for a low concentration of oil dispersed in water. Because of the high oil sorption performance presented by the grafted foams, these materials have a potential to be used in future oil spill clean-up operations.